重离子治疗终端使用材料水等效系数测量

发表时间:2018/12/11   来源:《临床医学教育》2018年12期   作者:孟万斌 祁英 马霄云 李万国 王开平 朱芳芳 张福元 康凯丽
[导读] 重离子治疗技术是目前国际公认的、最先进的放疗技术,由于其存在bragg峰,这种独特的物理特性
甘肃省武威肿瘤医院放疗中心 甘肃武威 733000
       【摘要】目的:测量重离子治疗终端使用设备材料的水等效系数。[方法]在测量重离子束流路径上放置需要厚度一定的规则材料,测量放置材料前后,bragg峰位置的变化。[结果] 补偿器材料(聚乙烯)水等效系数k=1.0156,脊型过滤器材料(铝)水等效系数k=2.2042。[讨论]材料在厚度不同、能量不同情况下,测得的水等效系数会有一定差异,在综合分析其带来的误差影响后,取其不同条件下测量的平均值可以用于均匀扫描治疗终端设备的加工。
       【关键词】:重离子;bragg;水等效
        1 介绍
        重离子治疗技术是目前国际公认的、最先进的放疗技术,由于其存在bragg峰,这种独特的物理特性,使其在对实体肿瘤进行强有力的照射时,同时避开正常组织照射,从而实现疗效的最大化[1]。目前,我国首台完全自主知识产权重离子治癌系统落户甘肃武威,即将计入临床研究阶段,实现最大型医疗器械国产化[2]。标志着我国自主知识产权的重离子治癌系统在发展道路上迈出了关键一步[3]。
        目前,此台设备的主要治疗方式为均匀扫描,束流从同步加速器引入治疗室,在治疗终端需经过一系列设备后才能到达人体。治疗终端的设备如:脊型过滤器(Rigge Filter)、射程移位(Range Shifter)、补偿器(Compensator)都是可以影响重离子束bragg峰的设备。因此,这些设备在设计和加工时对材料的要求比较严格,除常规的性能要求以外,在加工前还需测量其水等效系数[4]。
        2 材料与方法
        2.1 材料与设备
        本次测量的材料为加工补偿器和脊型过滤器的材料,分别是聚乙烯和铝,事先分别加工了厚度均匀形状规则的两种材料。聚乙烯材料为8cm×8cm大小长方体,厚度分别为20.14mm、30.06mm、48.14mm,铝块为直径5cm圆柱体,厚度分别为10.08mm、10.12mm。
使用设备为甘肃重离子医院重离子加速器1号治疗室水平治疗终端(由中国科学院近代物理研究所研制的国内首台用于放疗的重离子加速器),德国PTW MP3-P型三维水箱以及配套电离室与软件。
        2.2 测量方法
        测量时,先不放测量材料样本,测出束流bragg峰位置,然后将材料样本放置于三维水箱前方,另平行放置两个电离室,参考电离室放置于样品前方,测量bragg峰位的电离室放置于水箱内部。这些装置都摆放于治疗床上,所有样本摆放方向与CT扫描方向保持一致。测量时,水箱中的电离室沿射束方向移动,测量精度为0.1mm,为节约时间,只测量bragg峰区剂量分布。


        材料水等效系数计算公式为:
        k=(PN-PS)/dS
        PN为不放材料样本时bragg峰的位置,PS是放入材料样本后bragg峰的位置,dS是样本的在束流测量方向上的厚度。
        3 结果
        每种材料的水等效系数取所有测量值的平均值:
        补偿器材料(聚乙烯):k=1.0156  
        脊型过滤器材料(铝):k=2.2042  
        4 讨论
        从测量数据可以看出,对同一种材料,在不同能量下,其水等效系数有一定程度的差异,约2%,但在相同能量下,厚度不同时,其变化不大[5]。但目前,此台重离子加速器均匀扫描终端设计有5档常用能量,脊型过滤器与射程移位器不可能单独针对没一档能量使用,因此,在加工这两种设备装置时,只能根据各能量系数取平均值[6]。但在TPS系统采集这两种装置数据时,可以根据具体情况在不同能量下录入实际的数据来减少这一误差[7]。而对于补偿器,因常用补偿器厚度是5cm,其射野范围内加工厚度大部分远小于5cm,因此,根据此次测量结果,水等效系数取平均值,对不同能量带来的bragg峰位的误差小于1mm。用此种材料加工的补偿器是可以用于临床治疗的[8]。
        在加工补偿器、脊型过滤器、能量移位器能等重离子治疗终端设备时,如果使用材料规格和之前的不一,必须要对新材料进行此项数据测试,以保证最后患者治疗的精度。
参考文献
[1]李贺. 兰州重离子储存环外靶实验终端时间投影室样机的研究[D]. 2016,11(15):23-26.
[2]李贺, 张松, 卢飞, et al. 兰州重离子储存环外靶实验终端时间投影室的动量分辨率模拟[J]. 核技术, 2016, 39(7):49-54.
[3]王红军. 水资源计量终端控制系统设计与实现[D]. 2017,11(20):19-24.
[4]朱飞, 彭朝华, 郑健, et al. BISOL相邻两电荷态相同质量重离子束相位能量调节的物理设计[J]. 核技术, 2017, 40(11):18-22.
[5]周长城. 交联聚乙烯绝缘电缆试验用水终端电场分析[J]. 广东电力, 2016, 29(3):127-131.
[6]李万宏, 朱建民, 刘鹏. 一种质子重离子加速器循环高纯水耗材自动分析系统.2015,9(11):15-19.
[7]空间重离子在水模体中剂量深度分布的蒙特卡罗模拟[J]. 载人航天, 2016, 22(3):371-374.
[8]隋丽, 张小玲, 孔福全, et al. HI-13串列加速器生物样品辐照用新终端~7Li离子束流监测诊断研究[J]. 原子核物理评论, 2015, 32(4):467-472.
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